JP6491607B2 - 締結構造体 - Google Patents

Description

本発明は、機械類などを構成する部材（被締結体）を締結用部材を用いて締結してなる締結構造体に関する。

従来より、被締結体を締結する締結用部材は、締結後に緩むのを防止するために様々な工夫がなされてきた。本願発明者も、締結用部材として特有形状のナットと特有形状のワッシャ（座金）をボルトとともに用いて締結してなる締結構造体を開発してきた。

その中で、特許文献１に、ワッシャがボルトに噛み合うことでワッシャとボルトが強力に結合し、かつ、ナットがボルトに対して傾斜することでそれらのねじ山間の摩擦が増大してナットとボルトが強力に結合するようになる締結構造体を開示している。

また、特許文献２に、ワッシャのボルトに噛み合う部分に硬度の低い部材を用いることでボルトへの傷がつき難くなる締結構造体を開示している。

特開２０１３−２１３５２３号公報 特許第５７３４４９５号公報

しかし、被締結体が小さい場合、締結用部材も小さなものとなり、製造過程のバラツキにより過度にワッシャがボルトに噛み合うものが増す傾向になる。その場合、大きな傷がボルトにつくことも起こり得る。一方、特許文献２に開示のワッシャは、構造が少し複雑なので高価になり易い。

本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、締結用部材の緩み止め効果を得ることができ、しかも、構造が複雑でなく、ワッシャによるボルトへ傷が原理的につかない締結構造体を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の締結構造体は、締結用挿通孔を有する被締結体と、頭部と雄ねじ部を有するボルトと、基部と該基部の中央部から突出し軸対称でかつ断面略台形状でありボルト挿通孔が形成された中央突出部とを有するワッシャと、雌ねじ部と軸対称であり該雌ねじ部の一方の開口部が形成された中央凸部とを有するナットと、を備えており、前記ボルトは、前記雄ねじ部が、前記被締結体の前記締結用挿通孔及び前記ワッシャの前記ボルト挿通孔に挿通し、かつ、前記ナットの前記雌ねじ部に螺合しており、前記ワッシャは、前記基部が前記被締結体に接触し、前記ボルト挿通孔の周縁部が前記ナットの前記中央凸部にのみに接触し、前記ナットは、前記ワッシャにおいて前記ボルト挿通孔が前記中央突出部の中心軸から偏心していること、又は、前記ナットにおいて前記中央凸部の中心軸が前記雌ねじ部の中心軸から偏心していることによって、前記ワッシャから非対称的に力を受けて前記ボルトに対して傾斜していることを特徴とする。

請求項２に記載の締結構造体は、請求項１に記載の締結構造体において、前記ワッシャは、前記ボルト挿通孔が前記中央突出部の中心軸から第１の向きに偏心しており、前記ナットは、内側の側面が傾斜し、かつ、軸対称である周辺凸部を有しており、該周辺凸部に前記ワッシャの前記中央突出部が接触し、前記第１の向き側が前記ボルトの前記頭部側に近づくように傾斜していることを特徴とする。

請求項３に記載の締結構造体は、請求項１に記載の締結構造体において、前記ナットは、前記中央凸部の中心軸が前記雌ねじ部の中心軸から第１の向きと反対側に偏心しており、内側の側面が傾斜し、かつ、軸対称である周辺凸部を有しており、該周辺凸部に前記ワッシャの前記中央突出部が接触し、前記第１の向き側が前記ボルトの前記頭部側に近づくように傾斜していることを特徴とする。

請求項４に記載の締結構造体は、請求項２又は３に記載の締結構造体において、前記ナットの前記中央凸部の周面の１か所又は複数個所に前記周辺凸部に向かって突出部分が形成されている、又は、前記ワッシャの前記ボルト挿通孔の前記周縁部又は前記ナットの前記中央凸部の前記周面に接着剤が塗られていることを特徴とする。

本発明の締結構造体によれば、締結用部材の緩み止め効果を得ることができ、しかも、構造が複雑でなく、ワッシャによるボルトへ傷が原理的につかない。

本発明の実施形態に係る締結構造体を示す側面視断面図である。 同上の締結構造体に用いるワッシャを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面視断面図である。 同上の締結構造体に用いるナットを示すもので、（ａ）は側面視断面図、（ｂ）は底面図である。 同上の締結構造体に用いるナットとワッシャにおける互いの接触部分を変形したものを部分的に示す側面視断面図である。 同上の締結構造体の締結途中の状態を示す側面視断面図である。 同上の締結構造体の締結途中の他の状態を示す側面視断面図である。 同上の締結構造体のナットの中央凸部の周面を変形したものの締結途中の状態を示す側面視断面図である。 本発明の実施形態に係る他の締結構造体を示す側面視断面図である。 同上の他の締結構造体に用いるワッシャを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面視断面図である。 同上の他の締結構造体に用いるナットを示すもので、（ａ）は側面視断面図、（ｂ）は底面図である。 同上の他の締結構造体の締結途中の状態を示す側面視断面図である。 同上の他の締結構造体の締結途中の他の状態を示す側面視断面図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。本発明の実施形態に係る締結構造体１は、図１に示すように、締結用部材としてボルト２とワッシャ（座金）３とナット４とを用いた締結構造体である。ボルト２は、頭部２１と雄ねじ部２２を有するものであり、通常のものでよい。

ワッシャ３は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、基部３１と、この基部３１の中央部から突出した中央突出部３２と、を有している。中央突出部３２は、軸対称（中心軸Ｗに対して軸対称）でかつ断面略台形状になっている。

中央突出部３２は、詳細には、側面３２ａと頂面３２ｂを有している。側面３２ａは、軸方向（中心軸Ｗの方向）に対し傾斜角φで傾斜しており、頂面３２ｂは、軸方向に対し大略直交している。側面３２ａの傾斜角φは、例えば約１５度とすることができる。

ワッシャ３の中央突出部３２には、ボルト２の雄ねじ部２２が挿通するボルト挿通孔３３が形成されている。ボルト挿通孔３３の中心軸Ｗｈは、中央突出部３２の中心軸Ｗから第１の向きＤＩに偏心している。すなわち、図２（ａ）に示すように、平面視において、ボルト挿通孔３３の周縁部３３ａが描く円の中心に位置する中心軸Ｗｈは、中央突出部３２の側面３２ａと頂面３２ｂの境目の角部３２ｃが描く円の中心に位置する中心軸Ｗから第１の向きＤＩにずれている。

ナット４は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、雌ねじ部４１と、軸対称であり雌ねじ部４１の一方（図３（ａ）において下方）の開口部が形成された中央凸部４２と、を有している。また、ナット４は、周辺凸部４３を有している。中央凸部４２と周辺凸部４３の中心軸は、雌ねじ部４１の中心軸Ｎに一致している。なお、ナット４は、角柱状（例えば正六角形の角柱）である。

周辺凸部４３の内側の側面４３ａは、軸方向（中心軸Ｎの方向）に対し傾斜角θで傾斜しており、かつ、軸対称である。周辺凸部４３の外側の側面は、どのような形状でも構わないが、ナット４全体の外側面の一部（角柱状）とすればよい。

周辺凸部４３の側面４３ａの傾斜角θは、ワッシャ３の中央突出部３２の側面３２ａの傾斜角φよりも大きくなっており、例えば約１７〜１８度とすることができる。そして、周辺凸部４３は、ナット４がワッシャ３に重なり合ったときに、ワッシャ３の中央突出部３２の角部３２ｃ（中央突出部３２の側面３２ａと頂面３２ｂの境目）が周辺凸部４３の側面４３ａに接触できるような底面視における寸法となっている（図６参照）。なお、逆に、周辺凸部４３の側面４３ａの傾斜角θを、ワッシャ３の中央突出部３２の側面３２ａの傾斜角φよりも小さくして、周辺凸部４３の底面視における寸法を、ナット４がワッシャ３に重なり合ったときに、図４に示すように、側面４３ａと底面４３ｂの境目の角部４３ｃがワッシャ３の中央突出部３２の側面３２ａに接触できるような大きさとすることも可能である。

締結構造体１は、このようなボルト２とワッシャ３とナット４とを用いて、以下のように組み立てる。先ず、被締結体５、６の締結用挿通孔５ａ、６ａにボルト２の雄ねじ部２２を挿通させる（図５参照）。そして、締結用挿通孔５ａから突出したボルト２の雄ねじ部２２をワッシャ３のボルト挿通孔３３に挿通させるとともに、ワッシャ３の基部３１を被締結体５に接触させて載置する。そして、図５に示すように、ボルト２の雄ねじ部２２にナット４の雌ねじ部４１を螺合させ、ボルト２に対してナット４を回して行く。

ナット４を回して行くと、ワッシャ３の中央突出部３２は、その角部３２ｃがナット４の周辺凸部４３の側面４３ａに接触しながら、ナット４の中央凸部４２と周辺凸部４３の間に嵌り込んで行く。

更にナット４を回して締め付けて行くと、前述のようにワッシャ３のボルト挿通孔３３の中心軸Ｗｈは中央突出部３２の中心軸Ｗから偏心しているため、ワッシャ３の中央突出部３２は、ナット４の周辺凸部４３に押され、図６に示すように、第１の向きＤＩと反対側ＤＩ’の部分ＡＩにおいて、ボルト挿通孔３３の周縁部３３ａはナット４の中央凸部４２に接触する。そうすると、ナット４は、ワッシャ３から非対称的に力（第１の向きＤＩと反対側ＤＩ’の部分ＡＩにおける抵抗力）を受けて、図１に示すように、第１の向きＤＩ側がボルト２の頭部２１側（図１においては下方側）に近づくようにボルト２に対して傾斜することになる。

このようにして締結された締結構造体１は、ナット４がボルト２に対して傾斜することにより、ボルト２の雄ねじ部２２とナット４の雌ねじ部４１とのねじ山間の摩擦が非常に大きく、ナット４とボルト２の結合が強力になっている。また、ワッシャ３の中央突出部３２がナット４の中央凸部４２と周辺凸部４３の間に嵌り込んでいることにより、ナット４とワッシャ３の結合が強力になっている。従って、締結構造体１は、締結用部材の緩み止め効果を得ることができ、しかも、ワッシャ３のボルト挿通孔３３の周縁部３３ａはナット４の中央凸部４２のみに接触してボルト２に接触しないので、ワッシャ４によるボルト２へ傷が原理的につかない。

この締結構造体１は、締結用部材が小さなものの場合に好適である。締結用部材が小さく（例えば、ボルト２の雄ねじ部２２の直径が４ｍｍ〜１０ｍｍ程度）になると、ボルト２の雄ねじ部２２は、ねじ山の高さの雄ねじ部２２の外径に対する比率が高くなり、ナット４の雌ねじ部４１は、ねじ山の高さの雌ねじ部４１の内径に対する比率が高くなる。従って、この締結構造体１は、締結用部材が小さくなると、ねじ山間の摩擦を、より効率的に利用して緩み止め効果を得ることができる。

締結構造体１は、組み立てる前に予めワッシャ３を適正な向きでナット４に組み合わせて分離しないようにしておくことも可能である。例えば、ワッシャ３をナット４に組み合わせ、ナット４の中央凸部４２の周面４２ａの１か所又は複数個所に、必要な打撃等を与えて周辺凸部４３に向かって突出部分４２ｂを形成することにより、ワッシャ３がナット４から分離しないようにすることができる（図７参照）。或いは、例えば、ワッシャ３のボルト挿通孔３３の周縁部３３ａ又はナット４の中央凸部４２の周面４２ａに接着剤を塗っておき、ワッシャ３をナット４に組み合わせたときに、ナット４の中央凸部４２の周面４２ａにワッシャ３のボルト挿通孔３３の周縁部３３ａを接着することにより、ワッシャ３がナット４から分離しないようにすることができる。そうすると、組み立てる際に、図７に示すように、ワッシャ３とナット４を適正な向きで同時にボルト２に取り付けることができる。なお、接着剤による接着は、ナット４の締め付けの際に外れることになる。

次に、本発明の実施形態に係る他の締結構造体１’について、図８〜図１２に基づいて説明する。この締結構造体１’は、図８に示すように、締結用部材としてボルト２とワッシャ（座金）３’とナット４’とを用いた締結構造体である。ボルト２は、上述した締結構造体１のボルト２と同様のものである。

ワッシャ３’は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、基部３１と、この基部３１の中央部から突出した中央突出部３２と、を有している。中央突出部３２は、軸対称（中心軸Ｗに対して軸対称）でかつ断面略台形状になっている。ワッシャ３’の基部３１と中央突出部３２は、上述したワッシャ３の場合と同様のものである。但し、中央突出部３２に形成されたボルト挿通孔３３の中心軸は、中央突出部３２の中心軸Ｗから偏心していない。

ナット４’は、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、雌ねじ部４１と、軸対称であり雌ねじ部４１の一方（図１０（ａ）において下方）の開口部が形成された中央凸部４２と、を有している。また、ナット４’は、周辺凸部４３を有している。ナット４’の雌ねじ部４１と中央凸部４２と周辺凸部４３は、上述したナット４と同様のものである。但し、中央凸部４２の中心軸Ｎｔは、雌ねじ部４１の中心軸Ｎから第１の向きＤＩの反対側ＤＩ’に偏心している。すなわち、図１０（ｂ）に示すように、底面視において、中央凸部４２の周面４２ａが描く円の中心に位置する中心軸Ｎｔは、雌ねじ部４１の中心軸Ｎから第１の向きＤＩの反対側ＤＩ’にずれている。なお、ナット４’は、ナット４と同様に、角柱状（例えば正六角形の角柱）である。

締結構造体１’は、このようなボルト２とワッシャ３’とナット４’とを用いて、上述した締結構造体１と同様にして組み立てる。すなわち、先ず、被締結体５、６の締結用挿通孔５ａ、６ａにボルト２の雄ねじ部２２を挿通させる（図１１参照）。そして、締結用挿通孔５ａから突出したボルト２の雄ねじ部２２をワッシャ３’のボルト挿通孔３３に挿通させるとともに、ワッシャ３’の基部３１を被締結体５に接触させて載置する。そして、図１１に示すように、ボルト２の雄ねじ部２２にナット４’の雌ねじ部４１を螺合させ、ボルト２に対してナット４’を回して行く。

ナット４’を回して行くと、ワッシャ３’の中央突出部３２は、その角部３２ｃがナット４’の周辺凸部４３の側面４３ａに接触しながら、ナット４’の中央凸部４２と周辺凸部４３の間に嵌り込んで行く。

更にナット４’を回して締め付けて行くと、前述のようにナット４’の中央凸部４２の中心軸Ｎｔは雌ねじ部４１の中心軸Ｎからに偏心しているため、ワッシャ３’の中央突出部３２は、ナット４’の周辺凸部４３に押され、図１２に示すように、第１の向きＤＩと反対側ＤＩ’の部分ＡＩにおいて、ボルト挿通孔３３の周縁部３３ａはナット４’の中央凸部４２に接触する。そうすると、ナット４’は、ワッシャ３’から非対称的に力（第１の向きＤＩと反対側ＤＩ’の部分ＡＩにおける抵抗力）を受けて、図８に示すように、第１の向きＤＩ側がボルト２の頭部２１側（図８においては下方側）に近づくようにボルト２に対して傾斜することになる。

このようにして締結された締結構造体１’は、上述した締結構造体１と同様の効果を有する。但し、ナット４’において雌ねじ部４１から中央凸部４２の第１の向きＤＩ側の周面４２ａまでの厚さが薄くなり過ぎないようにしておくことが物理的強度の点で必要である。また、締結構造体１’は、締結構造体１と同様にして、組み立てる前に予めワッシャ３’を適正な向きでナット４’に組み合わせて分離しないようにしておくことも可能である。

以上、本発明の実施形態に係る締結構造体について説明したが、本発明は、実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、実施形態に記載したボルトとナットとワッシャの大きさや細かな形状などは、それらが用いられる環境や被締結体に合わせて任意に変更可能である。

１、１’ 締結構造体
２ ボルト
２１ ボルトの頭部
２２ ボルトの雄ねじ部
３、３’ ワッシャ
３１ ワッシャの基部
３２ ワッシャの中央突出部
３３ ワッシャのボルト挿通孔
３３ａ ワッシャのボルト挿通孔の周縁部
４、４’ ナット
４１ ナットの雌ねじ部
４２ ナットの中央凸部
４２ａ ナットの中央凸部の周面
４２ｂ ナットの中央凸部の突出部分
４３ ナットの周辺凸部
５、６ 被締結体
５ａ、６ａ 被締結体の締結用挿通孔
ＤＩ 第１の向き
ＤＩ’ 第１の向きの反対側
Ｎ ナットの雌ねじ部の中心軸
Ｎｔ ナットの中央凸部の中心軸
Ｗ ワッシャの中央突出部の中心軸
Ｗｈ ワッシャのボルト挿通孔の中心軸

Claims (4)

1. 締結用挿通孔を有する被締結体と、
   頭部と雄ねじ部を有するボルトと、
   基部と、該基部の中央部から突出し軸対称でかつ断面略台形状でありボルト挿通孔が形成された中央突出部と、を有するワッシャと、
   雌ねじ部と、軸対称であり該雌ねじ部の一方の開口部が形成された中央凸部と、を有するナットと、
   を備えており、
   前記ボルトは、前記雄ねじ部が、前記被締結体の前記締結用挿通孔及び前記ワッシャの前記ボルト挿通孔に挿通し、かつ、前記ナットの前記雌ねじ部に螺合しており、
   前記ワッシャは、前記基部が前記被締結体に接触し、前記ボルト挿通孔の周縁部が前記ナットの前記中央凸部にのみに接触し、
   前記ナットは、前記ワッシャにおいて前記ボルト挿通孔が前記中央突出部の中心軸から偏心していること、又は、前記ナットにおいて前記中央凸部の中心軸が前記雌ねじ部の中心軸から偏心していることによって、前記ワッシャから非対称的に力を受けて前記ボルトに対して傾斜していることを特徴とする締結構造体。
2. 請求項１に記載の締結構造体において、
   前記ワッシャは、前記ボルト挿通孔が前記中央突出部の中心軸から第１の向きに偏心しており、
   前記ナットは、内側の側面が傾斜し、かつ、軸対称である周辺凸部を有しており、該周辺凸部に前記ワッシャの前記中央突出部が接触し、前記第１の向き側が前記ボルトの前記頭部側に近づくように傾斜していることを特徴とする締結構造体。
3. 請求項１に記載の締結構造体において、
   前記ナットは、前記中央凸部の中心軸が前記雌ねじ部の中心軸から第１の向きと反対側に偏心しており、内側の側面が傾斜し、かつ、軸対称である周辺凸部を有しており、該周辺凸部に前記ワッシャの前記中央突出部が接触し、前記第１の向き側が前記ボルトの前記頭部側に近づくように傾斜していることを特徴とする締結構造体。
4. 請求項２又は３に記載の締結構造体において、
   前記ナットの前記中央凸部の周面の１か所又は複数個所に前記周辺凸部に向かって突出部分が形成されている、又は、前記ワッシャの前記ボルト挿通孔の前記周縁部又は前記ナットの前記中央凸部の前記周面に接着剤が塗られていることを特徴とする締結構造体。

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